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UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO USFQ

Colegio de Ciencias e Ingenierías

Optimización de una máquina dispensadora de medicamentos e integración de un sistema de enfriamiento para su

climatización

Dispositivos Tecnológicos .

Dennis Alejandro Llangarí Peña

Ingeniería Mecánica

Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de Ingeniero Mecánico

Quito, 20 de Diciembre de 2017

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UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO USFQ

COLEGIO DE CIENCIAS E INGENIERIA

HOJA DE CALIFICACIÓN DE TRABAJO DE TITULACIÓN

Optimización y Construcción de una Máquina dispensadora inteligente de entrega de medicamentos

Dennis Llangarí

Calificación:

Nombre del profesor, Título académico

Michel Vargas, Ph.D.

Firma del profesor

Quito, 20 de Diciembre de 2017

3

Derechos de Autor

Por medio del presente documento certifico que he leído todas las Políticas y

Manuales de la Universidad San Francisco de Quito USFQ, incluyendo la Política de Propiedad

Intelectual USFQ, y estoy de acuerdo con su contenido, por lo que los derechos de propiedad

intelectual del presente trabajo quedan sujetos a lo dispuesto en esas Políticas.

Asimismo, autorizo a la USFQ para que realice la digitalización y publicación de este

trabajo en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley

Orgánica de Educación Superior.

Firma del estudiante: _______________________________________ Nombres y apellidos: Dennis Alejandro Llangarí Peña Código: 00126998 Cédula de Identidad: 1716453608 Lugar y fecha: Quito, 20 de Diciembre de 2017

4

RESUMEN

En la industria farmacéutica, la distribución y entrega de medicamentos se puede optimizar

mediante la utilización de una máquina dispensadora inteligente. Este tipo de máquinas son

una herramienta y mecanismo de entregar productos a un bajo costo y brindando un mayor y

fácil acceso al consumidor. Sin embargo, varios medicamentos que estas máquinas

almacenan, necesitan mantener una temperatura baja y estable para conservarse

adecuadamente. Por esta razón, este proyecto busca la optimización del uso de espacio, la

reducción de tamaño y costo, y la implementación de un sistema de climatización de una

máquina inteligente que permita almacenar entre 50 a 60 medicamentos.

La elaboración de este proyecto consistió primero en especificar y determinar las

características de la máquina dispensadora: dimensiones máximas (800x550x400 mm), el

tipo y la cantidad de los medicamentos a almacenar (termolábiles y un aumento de al menos

el 40% en la capacidad de almacenamiento), y el rango de temperatura de almacenamiento

(5C – 10C). Luego, se optimizó el diseño anterior1 de espacio físico de la farmacia robot

Farmabot, manteniéndose el uso de un sistema de estanterías con una distribución de 4

columnas y 4 filas, pero con capacidades modulares ajustables en ángulo de inclinación y

distribución con materiales de bajo peso. Se aumentó la funcionalidad del actuador del brazo

mecánico para mejorar la forma de recoger y entregar medicinas al compartimento de entrega

de producto de la puerta exterior (en comparación con el modelo anterior). Finalmente, se

diseñó e implementó un sistema de climatización capaz de mantener la temperatura interna a

10ºC. Este sistema se lo desarrolló tomando en cuenta una reducción de peso y de espacio

físico requerido, a un bajo costo.

1 Tesis Esteban Egüez: diseño y construcción de una Farmacia Automatizada. Revisar en el repositorio digital de la USFQ

5

ABSTRACT

In the pharmaceutical industry, the distribution and delivery of medicines can be optimized

by the use of an intelligent dispensing machine. This type of machine is a tool and mechanism

for delivering products at a low cost while providing greater and easier access to the

consumer. However, several drugs that these machines store, need to maintain a low and

stable temperature to be properly preserved. For this reason, this project seeks to optimize

the use of space, the reduction of size and cost, and the implementation of an air conditioning

system in an intelligent dispensing machine that allows to store 50 to 60 medical products.

This project consisted first of specifying and determining the characteristics of the dispensing

machine: maximum dimensions (800x550x400 mm), the type and quantity of the medicines

to be stored (heat-labile and at least a 40% increase in the storage capacity), and a storage

temperature range between 5C to10C. The interior design of the previous model of

Farmabot (robot pharmacy) was optimized while maintaining the use of a shelf-system with

a distribution of 4 columns and 4 rows, but with modular capacity, adjustable shelf-angle of

inclination and space distribution, using low-weight materials. The functionality of the

actuator in the mechanical arm was increased to improve the way of collecting and delivering

medicines to the outer door compartment (in comparison with the previous model.) Finally,

an air conditioning system capable of maintaining the internal temperature to 10 º C was

designed and implemented. This system was developed taking into account a reduction in

weight and physical space required, at a low cost.

6

Tabla de Contenido

RESUMEN ................................................................................................................................ 4

ABSTRACT ............................................................................................................................... 5

ÍNDICE DE TABLAS................................................................................................................... 7

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................. 8

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 9

Máquinas dispensadoras .................................................................................................. 10

Sistemas de refrigeración ................................................................................................. 11

Aislantes térmicos ............................................................................................................ 16

DESARROLLO ......................................................................................................................... 19

Estructura Interna ............................................................................................................. 19

Perfiles de estantería (Racks) ....................................................................................... 19

Travesaños .................................................................................................................... 21

Estructura Externa ............................................................................................................ 24

Columnas y bastidores.................................................................................................. 24

Rieles y sistema de sujeción ......................................................................................... 25

Mecanismo de Movimiento ............................................................................................. 27

Brazo mecánico............................................................................................................. 28

Actuador ....................................................................................................................... 31

Diseño de Sistema térmico ............................................................................................... 32

Proceso de Manufactura .................................................................................................. 50

Ensamble estructura interna y externa ........................................................................ 50

Ensamble sistema térmico............................................................................................ 52

RESULTADOS ......................................................................................................................... 55

Funcionamiento sistema térmico ..................................................................................... 56

Costos ............................................................................................................................... 59

DISCUSIÓN ............................................................................................................................ 62

CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 63

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................. 64

7

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Características de medicamentos y fármacos. ........................................................ 19

Tabla 2: Características de los medicamentos almacenados. ............................................... 34

Tabla 3: Propiedades del acero galvanizado......................................................................... 34

Tabla 4: Propiedades del aluminio 6061. ............................................................................. 35

Tabla 5: Proporción de calor sensible por infiltración de puertas. ....................................... 38

Tabla 6: Factores que intervienen en carga de transmisión. ................................................. 40

Tabla 7: Valores de cálculo para transferencia de calor. ...................................................... 41

Tabla 8: Cálculos para transmisión de calor. ........................................................................ 41

Tabla 9: Ganancia de calor en ventiladores comunes........................................................... 42

Tabla 10: Valoración total de cargas de refrigeración. ......................................................... 43

Tabla 11: Propiedades del módulo Peltier. ........................................................................... 47

Tabla 12: Propiedades de aislantes. ...................................................................................... 49

Tabla 13: Espesor de poliestireno expandido ....................................................................... 50

Tabla 14: Características de la máquina dispensadora de medicamentos actual .................. 55

Tabla 15: Comparación entre PVC y aluminio. ................................................................... 55

Tabla 16: Propiedades del acero galvanizado y aluminio 6061. .......................................... 56

Tabla 17: Condiciones del sistema térmico. ......................................................................... 56

Tabla 18: Propiedades del Aire a 20°C ................................................................................ 57

Tabla 19: Resultados experimentales del sistema térmico ................................................... 59

Tabla 20: Costo de estructura interna ................................................................................... 59

Tabla 21: Costo de estructura externa .................................................................................. 60

Tabla 22: Costo del sistema térmico..................................................................................... 60

Tabla 23: Costo total de la máquina dispensadora de medicamentos .................................. 61

8

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: ciclo de refrigeración (Berg, 2014). ...................................................................... 12

Figura 2: Ciclo invertido de Carnot (Cosme, 2014). ............................................................ 13

Figura 3: Ciclo de refrigeración por compresión (Correa, 2015). ........................................ 14

Figura 4: Ciclo de refrigeración por gas (López, 2013). ...................................................... 14

Figura 5: Ciclo de refrigeración por absorción (Cosme, 2014). ........................................... 15

Figura 6: Composición de las celdas Peltier (Hermes, 2012)............................................... 16

Figura 7: Tipos de aislantes térmicos (Merlin, 2016). .......................................................... 16

Figura 8: Poliuretano en viviendas (Merlin, 2016)............................................................... 17

Figura 9: Poliestireno expandible (Merlín, 2016). ............................................................... 18

Figura 10: Lanas minerales (Merlin, 2016). ......................................................................... 18

Figura 11: Perfiles (racks) de PVC. ...................................................................................... 20

Figura 12: medidas de perfiles PVC ..................................................................................... 21

Figura 13: Módulo de estantería (diseño CAD). .................................................................. 22

Figura 14: Análisis de travesaños (desplazamiento). ........................................................... 23

Figura 15: Análisis travesaños (esfuerzos normales). .......................................................... 23

Figura 16: Estructura externa (diseño CAD). ....................................................................... 25

Figura 17: Riel perforada y horquilla ................................................................................... 26

Figura 18: Inclinación de estanterías a 30º ........................................................................... 26

Figura 19: Inclinación de soportes perfiles de aluminio....................................................... 27

Figura 20: Mecanismo robot cartesiano ............................................................................... 28

Figura 21: Sistema de poleas para bandas ............................................................................ 29

Figura 22: Acople mecanismo horizontal ............................................................................. 29

Figura 23: Soportes para motores ......................................................................................... 30

Figura 24: Mecanismo de movimiento vertical .................................................................... 31

Figura 25: Pinzas plásticas y su servomotor. ........................................................................ 32

Figura 26: Pérdida de calor por infiltración de aire (Ashrae, 2010). .................................... 37

Figura 27: Especificación y denominación estandarizada de las placas Peltier (Hermes,

2014). .................................................................................................................................... 45

Figura 28: Ensamble módulo Peltier (diseño CAD). ............................................................ 46

Figura 29: Modelado en Solidworks estructura de la máquina. ........................................... 47

Figura 30: Modelado para rango de temperatura interna. .................................................... 48

Figura 31: Modelado para velocidades de flujo de aire........................................................ 49

Figura 32: Estructura de máquina dispensadora y rieles reguladoras. ................................. 51

Figura 33: Rieles de movimiento y sistema de sujeción. ..................................................... 51

Figura 34: Poliuretano de 50 mm espesor y estructura principal. ........................................ 52

Figura 35: Celdas Peltier conectadas. Disipadores de calor en la estructura. ...................... 53

Figura 36: sensor de temperatura y termocupla. ................................................................... 53

Figura 37: Ensamble de la máquina. .................................................................................... 54

Figura 38: Medición de temperaturas de la máquina dispensadora...................................... 59

9

INTRODUCCIÓN

Las máquinas dispensadoras se caracterizan por vender artículos de fácil acceso y venta

libre para el usuario, donde el artículo es recibido una vez que el cliente lo paga, depositando

directamente el dinero o insertando su tarjeta de crédito. Estas máquinas están en una

transformación digital y tecnológica, por lo que se proyecta que en el año 2020 se

comercialice unos 2,7 millones de unidades en todo el mundo. Estados Unidos es el principal

y más grande mercado para dichas máquinas. Una de las principales ventajas que ofrecen es

la disponibilidad del producto que expenden en cualquier momento del día, todos los días.

Normalmente, estas máquinas se pueden localizar en diferentes ámbitos o entornos, tanto

públicos como privados, bares, restaurantes. etc. Las máquinas dispensadoras dependen de

distintos parámetros relacionados principalmente con el tipo de producto que ofrecen. Por

tanto, el tamaño, cantidad, y características del producto resultan muy importantes. Además,

el sistema e interfase de interacción con el consumidor es otro punto importante a considerar,

al igual que el ambiente en el que va a operar. Sin embargo, su costo es un factor determinante

para implementar estas máquinas cuando sus requerimientos de sistema de interacción,

funciones y accesorios sean más complejos.

La industria farmacéutica es uno de los sectores productivos con un alto dinamismo, en

especial a lo que se refiere a la cadena de suministro. Actualmente, la distribución de sus

productos a través de máquinas dispensadoras ha alcanzado una buena aceptación en el

mercado. Por ello, desean expandir la oferta de productos que se puedan distribuir a través

de estas máquinas, viabilizando la reducción de los costos de distribución.

En Ecuador, existe una oferta limitada de máquinas dispensadoras de productos por el

bajo consumo y la falta de confianza que puede generar en el consumidor y/o vendedor.

Además, son escasas las empresas que fabrican máquinas dispensadoras a medida de los

requerimientos del producto y la necesidad del usuario. La importación desde mercados

internacionales ha sido la forma usual en que se han podido implementar estas máquinas

localmente, con costos elevados y con una limitada variedad de accesorios adicionales. Estas

máquinas se han implementado en su mayoría sólo para ofrecer productos básicos

10

alimenticios, bebidas, anticonceptivos y juguetes pequeños; sin tomar en cuenta otros

productos como: libros, periódicos, cigarrillos, medicamentos, etc.

Motivación

Dada la necesidad e interés de desarrollar una máquina dispensadora de medicamentos,

un primer prototipo fue desarrollado en el 2015 en la Universidad San Francisco de Quito

por Esteban Egüez2. Este prototipo de farmacia robot con un brazo mecánico fue capaz de

entregar y almacenar diferentes medicamentos de una forma adecuada (para mayor

información acerca de su desarrollo y funcionalidad referirse al trabajo mencionado). Sin

embargo, para efectos de masificar su producción, se requiere mejorar los costos asociados

e incrementar su funcionalidad. Gracias a esta motivación, el presente proyecto se ha

desarrollado para optimizar este prototipo en lo referente a peso y costo, así como

incrementar su capacidad de almacenamiento, funcionalidad y versatilidad de aplicaciones

de almacenamiento.

Por solicitud de los posibles clientes que potencialmente adquirirán este producto, se ha

definido el reducir las dimensiones de la máquina dispensadora (aproximadamente a un tercio

del tamaño del primer protipo) y brindar una solución de bajo costo para mantener

medicamentos termolábiles a una temperatura entre 10ºC y 12ºC.

Máquinas dispensadoras

Los atributos de estas máquinas han evolucionado para simplificar su uso, mejorar la

eficiencia operativa y energética, y entregar una experiencia más fácil y atractiva al

consumidor. Estas máquinas pueden ser del tipo mecánico o electrónico y proporcionan una

diferente funcionalidad para el cliente. Generalmente, las máquinas dispensadoras se

caracterizan por vender productos de fácil manejo y acceso. El producto es recibido una vez

que el cliente lo paga depositando el dinero o insertando su tarjeta de crédito. El momento

que el producto es pagado, el usuario está autorizado para recibir el producto y un mecanismo

2 Tesis Esteban Egüez: diseño y construcción de una Farmacia Automatizada. Revisar tesis en el repositorio digital de la USFQ

11

lo dispensa. En el caso de productos empaquetados delicados (como medicamentos), un

brazo mecanizado puede implementarse. Este brazo se traslada al compartimiento para

recoger el producto y lo coloca en un depósito para retirarlo. Sin embargo, si el sistema no

es calibrado adecuadamente, el producto puede quedar atrapado o no puede ser entregado.

Esta es la razón, por la que hay que establecer una funcionalidad correcta del brazo mecánico

para esta aplicación.

Medicamentos termolábiles

Los medicamentos termolábiles (incluyen: antibióticos, insulinas, vacunas y colirios)

son sensibles a la variación de su temperatura y por cuánto se los debe mantener climatizados

adecuadamente. La elaboración de estos fármacos consiste en un cuidado desde su proceso

y tratamiento que requiere una refrigeración constante. Por lo que desde su elaboración hasta

el consumo final en el cliente debe mantener una refrigeración constante.

Sistemas de refrigeración

Los sistemas de refrigeración tradicionales contienen cuatro etapas fundamentales de

funcionamiento y aprovechan las propiedades de los fluidos utilizados. Los principales

componentes de un sistema de refrigeración son: condensador, compresor, evaporador y una

válvula de expansión. Para el control de consumo de energía y potencia, se utiliza un sistema

de control integrado y un receptor como depósito temporal para el tipo de refrigerante usado.

A continuación, en la figura 1 se ilustra el proceso general de un sistema de refrigeración:

12

Figura 1: ciclo de refrigeración (Berg, 2014).

Ciclos de refrigeración

Ciclo invertido de Carnot: es un ciclo totalmente reversible que contiene dos procesos

isotérmicos y dos isentrópicos. Cada uno de estos procesos pueden invertirse en las

direcciones de transferencia de calor y trabajo. El funcionamiento del ciclo es ideal y

diverge del ciclo real por diferentes causas que pueden consultarse en la literatura.3

Este ciclo tiene como fin ser la base de comparación para los ciclos reales de

refrigeración. Si se desea extraer calor de una cabina, el sistema es una máquina

frigorífica o refrigerador; y, si es al contrario se denomina una bomba de calor (ver

figura 2).

3 Boles, M. (2015). Thermodynamics an engineering approach. Mc Graw-Hill

13

Figura 2: Ciclo invertido de Carnot (Cosme, 2014).

Ciclo de compresión de vapor: este ciclo termodinámico está caracterizado por tener

cuatro procesos principales. Éstos son: compresión, expulsión de calor,

estrangulamiento y absorción de calor. Durante este proceso, se eleva la temperatura

y presión del fluido mediante el compresor, hasta que el fluido se condense.

Posteriormente, ingresa en el condensador donde intercambia calor hacia el exterior,

por lo que el fluido avanza hasta la válvula de expansión y está en estado totalmente

líquido. Finalmente, éste va hacia el evaporador donde absorbe el calor de la cabina

interna de la máquina. En la figura 3 se observa un esquema de este ciclo.

14

Figura 3: Ciclo de refrigeración por compresión (Correa, 2015).

Ciclo de refrigeración de gas: este sistema se caracteriza por tener los cuatro procesos

principales: compresión, absorción, expansión y rechazo de gas. Sin embargo, la

expansión se la realiza mediante una turbina. En la figura 4, se aprecia este sistema

de refrigeración de gas.

Figura 4: Ciclo de refrigeración por gas (López, 2013).

Ciclo de refrigeración por absorción: este ciclo tiene un funcionamiento similar al

sistema de refrigeración por compresión, con sus cuatro fases termodinámicas. Sin

embargo, no se utiliza el compresor para elevar la presión y temperatura del fluido.

Sino, se aprovecha las propiedades de distintas substancias como: bromuro de litio o

amoníaco. Además, se necesita de un generador y bomba como principales

componentes del sistema para un adecuado funcionamiento, como se ilustra en la

figura 5.

15

Figura 5: Ciclo de refrigeración por absorción (Cosme, 2014).

Refrigeración termoeléctrica: este sistema de refrigeración utiliza el efecto Peltier-

Seebeck. Éste es un proceso físico, en el que existe una conversión directa entre

temperatura y electricidad. El efecto Peltier-Seebeck sucede cuando hay un flujo de

electrones (corriente), a través de dos metales diferentes o semiconductores (tipo-p y

tipo-n) que están conectados en dos puntos. La corriente genera la transferencia de

calor de un punto al otro; es decir, el un punto de unión se enfría, mientras el otro se

calienta. La eficiencia de este sistema se optimiza mediante la inclusión de

disipadores de calor en ambos lados de los puntos de unión (físicamente, placas). En

la figura 6, se observa la configuración que tiene una celda termoeléctrica.

16

Figura 6: Composición de las celdas Peltier (Hermes, 2012).

La efectividad del sistema de refrigeración termoeléctrica comparada con un sistema de

refrigeración convencional se reduce a un 10% y comparado con un ciclo de compresión

tradicional baja a un 50%. Sin embargo, las aplicaciones de este sistema de refrigeración se

han incrementado, debido al bajo costo, bajo ruido y la facilidad de transportar sus elementos.

Aislantes térmicos

Los aislamientos térmicos son materiales caracterizados por su alta resistencia

térmica. Es decir, impiden o reducen el paso de calor entre dos elementos o medios de

transmisión. Estos materiales también pueden ser una barrera para la humedad y ruido,

dependiendo del tipo de material que se aplique. Las principales propiedades que afectan el

rendimiento de los aislantes son: conductividad térmica, emisividad superficial, densidad y

capacidad de calor específico. Existen diferentes tipos de aislantes, por lo que se pueden

clasificar en naturales y artificiales. Entre los más comunes dentro de los naturales se

encuentran la madera, lanas minerales y la fibra de vidrio. Mientras que para aislantes

artificiales están el poliuretano, poliestireno expandido, extruido y lanas de vidrio. En la

figura 7, se aprecian diferentes tipos de aislantes que se usan en la industria y en la

construcción.

Figura 7: Tipos de aislantes térmicos (Merlin, 2016).

Poliuretano: es uno de los aislantes con mayor capacidad de resistencia térmica. El

tipo de poliuretano usado para aplicaciones de aislamiento es el termoestable4. El

4 Industria poliuretano rígido. (2017). Ventajas del poliuretano como aislante térmico

17

precio varía dependiendo de la presentación. Normalmente, se pueden encontrar en

forma de planchas o paneles. En la figura 8 se aprecia la instalación de este material.

Figura 8: Poliuretano en viviendas (Merlin, 2016).

Este aislante posee propiedades especiales dadas por sus estructuras pequeñas de

celdas que forman la espuma y la composición del gas aislante que contiene en su

interior. Para este tipo de material, la conductividad térmica depende de

características como: el porcentaje de celda cerrada, tamaño de celda, y el gas

aislante.

El espesor en este tipo de material es determinante para una mayor resistencia térmica

y mayor ahorro energético, lo que resulta en un bajo gasto energético para el

consumidor.

El poliestireno expandible: este tipo de aislante existe tanto en forma expandible

como extruido. Este tipo de material es denso y por su baja conductividad térmica

puede tener una alta resistencia térmica. Es uno de los aislantes más empleados en la

construcción de viviendas y edificios.

18

Figura 9: Poliestireno expandible (Merlín, 2016).

Sus aplicaciones son diversas, debido a sus propiedades (5% contiene gas aislante y el resto

es poliestireno puro). La densidad de este material puede variar entre 10 y 25 kg/m3 y puede

tener una conductividad térmica que oscila entre 0,05 y 0,03 W/mK.

Lanas minerales: son aislantes de origen natural y tienen buena resistencia térmica.

Son usados comúnmente para aislamientos de construcción de pequeñas viviendas.

Existen diferentes adherentes para aumentar su resistencia térmica, ya que es menor

a la del poliestireno o poliuretano. En la figura 10 se puede observar la lana mineral

que es un material compuesto de la fusión de aglomerantes y arenas como: sílice,

fibra de vidrio o roca.

Figura 10: Lanas minerales (Merlin, 2016).

Existen diferentes tipos de lanas minerales. Entre las comunes se encuentran: lana

de roca o mineral (SW) y las lanas de vidrio. Sus principales usos son en cubiertas, suelos,

techos, fachadas, etc.

19

DESARROLLO

Para la optimización del prototipo previo de la máquina dispensadora inteligente, se empezó

por el análisis y optimización del espacio de almacenamiento interior de acuerdo a la

restricción de las medidas solicitadas por parte de los potenciales clientes. Por lo que las

dimensiones a desarrollar de este proyecto son: 800 mm de alto, 550 mm de ancho y 400 mm

de profundidad. Luego, se modificó la estructura interna (estanterías, travesaños, soportes,

etc.), de acuerdo al requerimiento de bajar costos y peso de la máquina prototipo. Una vez

determinada la capacidad total de almacenamiento de la máquina, se examinó el sistema de

refrigeración que necesita para mantener una adecuada temperatura para los distintos

fármacos.

Estructura Interna:

Perfiles de estantería (Racks)

La estructura interna de la farmacia inteligente consiste en la estantería, perfiles y soportes

para los medicamentos. Los perfiles internos son los que soportarán el peso de las cajas y

tendrán una inclinación variable y modificable. Esto se define por la variabilidad de tamaños

y presentaciones de los medicamentos a almacenar. Después de haber conversado con los

potenciales clientes, se definió el tipo y propiedades de los fármacos que se almacenará como

se muestran en la tabla 1:

Tabla 1: Características de medicamentos y fármacos.

Características medicamentos (por cada caja):

Peso máximo: 11,2 gr

Peso mínimo: 4,5 gr

Dimensiones máximas: 120x50x30 mm

Dimensiones mínimas: 80x35x15 mm

Tipo de medicamento: Píldoras encapsuladas y otros

Bajo esta condición, se procedió a analizar el material de los perfiles internos que soportarán

la carga en las peores condiciones. Dado el bajo peso a resistir y por las propiedades

20

inherentes de la aplicación, se definió utilizar polímero PVC. El PVC tiene adecuadas

propiedades como: buena rigidez, dureza y resistencia mecánica. Además, es posible

adquirirlos en el mercado local a un costo aproximado de la mitad de los perfiles de aluminio

previamente utilizados. Cabe destacar que éste es un material no conductor térmico, lo que

permite aislar térmicamente de mejor manera a los medicamentos del ambiente exterior. De

igual manera, es un material que permite fácilmente ser modificado o maquinado como se lo

requiera. Los perfiles mostrados en la figura 11 serán los encargados de sostener las cajas de

medicamentos. Estos estarán sujetos a los travesaños o tubos cuadrados de PVC que serán

movibles, ya que estarán sujetos con un soporte de adhesión.

Figura 11: Perfiles (racks) de PVC.

Estos perfiles serán adquiridos en Ecuador y tienen una dimensión de 31 mm de alto, 31 mm

de ancho, y una profundidad de 41 cm, como se puede observar en la figura 12.

21

Figura 12: medidas de perfiles PVC

Travesaños

Para soportar los perfiles de PVC será necesario unos travesaños fabricados de tubo cuadrado

de PVC. Estos tubos son flexibles para modificar de acuerdo a la distancia del producto. Por

lo general una caja en promedio posee entre 10 cm y 12 cm de largo, en base a estas distancias

se cambiarán de posición los perfiles. En la figura 13 se puede observar el elemento y el

ensamble con los perfiles de plástico.

22

Figura 13: Módulo de estantería (diseño CAD).

Este será el sistema de estantería para los medicamentos en cajas, regulable en una

inclinación entre 20 y 30 grados. Esto dependerá del peso de los productos, ya que mientras

mayor peso se tenga, se necesitará una inclinación menor para que por acción de la gravedad

puedan ser dispensados con facilidad. Mientras que si las cajas son de menor peso, se

necesitará el máximo ángulo posible de 30º para que éstas puedan deslizarse hacia la parte

frontal para ser dispensadas al cliente con ayuda del brazo mecánico.

Sin embargo, es importante analizar las cargas y pesos que soportarán estos travesaños, por

lo que una simulación en Autocad Inventor se muestra en la figura 14:

23

Figura 14: Análisis de travesaños (desplazamiento).

Se estableció todos los parámetros necesarios como material, gravedad, distancias y una

carga distribuída de 0,02352 N/mm2, debido a los 6 perfiles de PVC que soportará. En la

figura 15 se aprecia los esfuerzos normales que sufre la estructura:

Figura 15: Análisis travesaños (esfuerzos normales).

24

El PVC flexible posee un módulo de elasticidad de 2,14 GPa, por lo que en el análisis de

esfuerzo normal no ocurre ninguna deformación crítica, indicándonos que el material

seleccionado es adecuado para nuestra aplicación.

Estructura Externa:

Por características del sistema de despacho de los medicamentos, se decidió mantener una

distribución matricial de 4 x 3; es decir, 4 filas y 3 columnas. Bajo estas condiciones y

utilizando las dimensiones más pequeñas de las cajas de medicamentos, se logró calcular una

capacidad de almacenamiento de 60 medicamentos. Dado que las dimensiones externas

finales de la máquina fueron estipuladas a priori, simplemente se especificó el tamaño de la

estructura principal de 800 x 550 x 400 mm.

Por motivos de la carga total soportada y por facilidad de transición en el montaje, se propuso

soportar los módulos de estantería (compuestos de perfiles y travesaños) con ángulos de

aluminio a la estructura externa. De esta manera, se predefine que la forma de unión de las

partes se realizaría a través de sujetadores mecánicos (tornillos y pernos).

Columnas y bastidores

Para la estructura principal se analizó diferentes materiales que puedan dar seguridad,

resistencia y un buen mantenimiento. Por lo que el aluminio, hierro negro y el acero

galvanizado estuvieron en consideración por sus propiedades mecánicas y la disponibilidad

en el mercado. Después de una evaluación de costo/beneficio, evaluando las propiedades de

los materiales, se seleccionó al acero galvanizado como el material de fabricación.

La estructura principal está compuesta por 4 elementos básicos:

Perfil altura de estructura de 800 mm.

Perfil ancho de estructura de 550 mm.

Perfil profundidad de estructura de 400 mm.

Ensambles perfil (4): para soportes y rieles de movimiento.

En la figura 16 se puede observar el diseño CAD de la estructura externa:

25

Figura 16: Estructura externa (diseño CAD).

Hay que señalar que en la parte inferior de la estructura se necesita un compartimento para

colocar los elementos electrónicos y de control de los diferentes sistemas de refrigeración y

despacho de medicamentos.

Rieles y sistema de sujeción

Para lograr la variación en la inclinación de la estantería de medicamentos se necesita un

sistema de regulación apropiado. Por lo que se instaló una riel metálica perforada en las

columnas de la estructura principal para poder realizar esta operación. Este sistema de

regulación utilizará un perno perforado y pasador tipo horquilla como medio de sujeción. En

la figura 17 se puede observar la riel perforada y el sistema de sujeción.

26

Figura 17: Riel perforada y horquilla

Este sistema permitirá modificar la inclinación de las estanterías de medicamentos según se

lo requiera sin necesidad de herramienta alguna. En la figura 18 se puede observar las

estanterías a 30º de inclinación.

Figura 18: Inclinación de estanterías a 30º

En esta sección, por ejemplo, se deberían colocar los medicamentos de menor peso que

necesitan una mayor inclinación para promover su deslizamiento hacia la parte frontal para

que pueda estar al alcance del actuador del brazo mecánico de la máquina para poder ser

27

despachado. Para evitar interferencia entre cajas de medicamentos y diferentes regulaciones

de inclinación, se definió que la inclinación sea regulable en pasos de 3.8º. En la figura 19 se

puede observar la inclinación de distintos perfiles de la estantería y su sistema regulable:

Figura 19: Inclinación de soportes perfiles de aluminio.

La separación de altura para cada estantería es de 11 cm para que no haya interferencia entre

cada una de ellas. Además está calibrada en base a la altura máxima que alcanza una caja de

medicamentos.

Mecanismo de Movimiento

Las máquinas dispensadoras se caracterizan por tener un mecanismo de movimiento capaz

de entregar el producto o artículo seleccionado al consumidor. Dado que el sistema de

control, monitoreo y despacho de medicamentos del prototipo anterior se encuentra en

proceso de optimización y mejoramiento, se utilizará el mismo sistema. Este sistema se

compone de un brazo mecánico, basado en el mecanismo del robot cartesiano que permite el

28

posicionamiento sobre el plano X e Y utilizando servomotores. En la figura 20 se observa el

movimiento y accionamiento de este mecanismo.

Figura 20: Mecanismo robot cartesiano

Hay que señalar que para este trabajo sólo se adquirieron los componentes básicos del brazo

mecánico para luego adicionar los elementos y accesorios optimizados. Por esta razón, la

operatividad del brazo mecánico dispensador no es objeto de implementación ni de pruebas

de funcionamiento en este trabajo.

Brazo mecánico

En el robot cartesiano se emplea los motores denominados paso a paso que son los

encargados de generar el movimiento de potencia hacia los ejes mediante bandas y poleas.

Para mejorar el sistema previo se empleará una mayor potencia en los motores. Así, estos

serán los NEMA 23 CNC de 1.9 Nm y 3 Nm. El posicionamiento del sistema de bandas será

tanto en el eje X para el movimiento horizontal y el eje Y para el vertical. Así, se realizó la

construcción de poleas con rodamientos para un buen funcionamiento de las bandas. En la

figura 21 se observa la estructura de las poleas y rodamientos.

29

Figura 21: Sistema de poleas para bandas

Estas poleas de duralón ayudan a mantener un eficaz funcionamiento y transmisión de

movimiento. Posteriormente, estas poleas se acoplan con unas cubiertas capaces de sostener

y proteger al material de la banda como se muestra en la figura 22.

Figura 22: Acople mecanismo horizontal

Este mecanismo horizontal va ensamblado en una riel de tubo de aluminio que le permitirá

desplazarse en toda su longitud. En tanto, los motores van ensamblados a la estructura

30

principal de la máquina (fabricada con tubos de acero galvanizado), por lo que se elaboró

unos soportes empernados como se muestran en la figura 23.

Figura 23: Soportes para motores

De igual manera, aquí se colocaron unas pequeñas poleas para conectar el sistema de bandas

y poder generar el movimiento. El mecanismo de motores y bandas están adheridos a rieles

de movimiento tanto para el eje vertical y horizontal. Sin embargo, para el movimiento

vertical se implementaron unas ruedas de duralón para que pueda restringirse de mejor

manera su movimiento lineal y soportar de mejor manera el peso y movimientos. En la figura

24 se observa el mecanismo del movimiento vertical.

31

Figura 24: Mecanismo de movimiento vertical

Actuador

El actuador es el elemento encargado de recoger y entregar la medicina mediante el brazo

mecánico. Al no tener el brazo mecánico un movimiento en el eje Z, el actuador tendrá un

movimiento adecuado que permita levantar y empujar la caja de medicamento fuera de los

compartimentos de almacenamiento. Al estar conectado mediante servomotores hay que

definir una distancia adecuada para su funcionamiento. Desde el actuador hasta los perfiles

(racks) de la estantería se tendrá una separación de 43 mm.

Existen diferentes tipos de actuadores. Uno de los principales son las pinzas metálicas o de

plástico capaces de generar dos movimientos principales: rotativo y el de enganchar los

objetos. Este tipo de actuador será el implementado en esta máquina. En la figura 25 se

aprecia este componente y su respectivo servomotor capaz de generar el movimiento:

32

Figura 25: Pinzas plásticas y su servomotor.

Diseño de Sistema térmico:

Una vez analizadas y determinadas las características y propiedades de la máquina

dispensadora de medicamentos, se procedió a diseñar el sistema de climatización necesario

para cumplir con los requerimientos del cliente. Existen varios tipos de sistemas de

climatización. Dependiendo de las necesidades y parámetros de trabajo se los puede construir

o comprar y adecuar a los requerimientos deseados. El implementar un sistema de

refrigeración convencional elevará sustancialmente el costo de producción y de venta de esta

máquina, además de incluir las dificultades asociadas al espacio de incluir estos elementoss.

Por cuanto, se evaluó el uso de un sistema termoeléctrico Peltier5.

Sin embargo, antes de una selección de sistema térmico es importante analizar las cargas de

refrigeración disponibles.

La carga principal de refrigeración está caracterizada por el volumen interno de aire y la

carga de fármacos almacenados. Por lo que el análisis comienza con el flujo de aire interno

con la siguiente ecuación:

5 Efecto Peltier: La corriente genera la transferencia de calor de un punto al otro; es decir, el un punto de

unión se enfría, mientras el otro se calienta.

33

𝑄 = 𝑚𝐶𝑝(𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)

Donde

m= 0,2384 kg masa de aire interior de la máquina

𝐶𝑝 = 1012 J/kg-K Calor especifico de aire a 25ºC

𝑇𝑓 = 8 ºC Temperatura final que tendrá el interior de la máquina

𝑇𝑖 = 25 ºC Temperatura inicial al cual entra el aire a condiciones normales.

De esta manera se puede calcular la capacidad de refrigeración para el volumen interno de

aire.

𝑄𝑎𝑖𝑟 = 0,2384(1012)(25 − 8)

𝑄𝑎𝑖𝑟 = 4101,43 𝐽

Se decide que esta cantidad de carga de refrigeración se necesitará enfriar en un tiempo de

20 minutos, determinándose que:

𝑞 =𝑄𝑎𝑖𝑟

𝑛

𝑞𝑎𝑖𝑟 =4101,43𝐽

20(60)= 3,42𝑊

En la ecuación previa n es el número de minutos que se necesitará para tener la diferencia de

temperatura antes establecida. Estos 3,42 W corresponden sólo al volumen de la máquina

con el aire interior.

Sin embargo, toda la máquina no solo estará llena de un volumen de aire sino también con

una masa interior de medicamentos de uso común. Por lo que hay que establecer algunas

propiedades de los fármacos para obtener la carga de refrigeración.

34

Tabla 2: Características de los medicamentos almacenados.6

Características de los fármacos

Temperatura inicial 25°C

Temperatura final 10°C

Calor especifico (Cp) 𝐶𝑝 = 326,08 J/K mol

Masa fármacos 576 gramos

De esta manera se puede establecer la carga de refrigeración necesaria para estos elementos

que se almacenarán:

𝑄𝑝𝑖𝑙𝑙𝑠 = 𝑚𝐶𝑝𝑝𝑖𝑙𝑙𝑠(𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)

𝑄𝑝𝑖𝑙𝑙𝑠 = 0,576(1850)(25 − 8)

𝑄𝑝𝑖𝑙𝑙𝑠 = 18115,2 𝐽

Por lo que ahora:

𝑞𝑝𝑖𝑙𝑙𝑠 =18115,2 𝐽

20(60)

𝑞𝑝𝑖𝑙𝑙𝑠 = 15,096 𝑊

No obstante, otro factor a incluir es la estructura de acero galvanizado que se encuentra en el

interior que también aumentará la carga de refrigeración. En la tabla 5 se puede observar las

principales propiedades del acero galvanizado.

Tabla 3: Propiedades del acero galvanizado.7

Características del acero galvanizado

Densidad 7850 kg/m3

Calor especifico (Cp) 460 J/kg K

6 Heath S. (2014). Temperature management of Medicines storage and transport.

7 Groover, M. (2007). Trabajo Metálico de Láminas fundamentos de Manufactura Moderno

35

Conductividad térmica 47 – 58 (W/ mK)

Volumen seccional 162.54 cm3

Primero se debe obtener la masa de toda la estructura mediante la densidad y volumen, dando

un total de 4,81 kg. De esta manera se puede aplicar la siguiente ecuación para obtener la

carga necesaria:

𝑄𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑚𝐶𝑝𝑔𝑎𝑙𝑣𝑎𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜(𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)

𝑄𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 = 4,81(460)(25 − 8)

𝑄𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 = 37598,56 𝐽

Para obtener la potencia necesaria se aplica la siguiente ecuación:

𝑞𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 =37598,56 𝐽

20(60)

𝑞 = 31,33 𝑊

Igualmente se procede a realizar el cálculo para los perfiles de aluminio que intervienen en

el interior de la máquina que son los soportes para los medicamentos. En la tabla 6 se muestra

las propiedades del aluminio 6063 para su respectivo procedimiento:

Tabla 4: Propiedades del aluminio 6061.8

Características del aluminio 6061

Densidad 2840 kg/m3

Calor especifico (Cp) 920 J/kg K

Conductividad térmica 47 – 58 (W/ mK)

Volumen seccional 8.26 x 10-5 m3

8 Groover, M. (2007). Trabajo Metálico de Láminas fundamentos de Manufactura Moderno

36

𝑄𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑙𝑒𝑠 = 𝑚𝐶𝑝𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑙𝑒𝑠(𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)

𝑄𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 = 2,34(920)(25 − 8)

𝑄𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑙𝑒𝑠 = 36597,6 𝐽

𝑞𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑙𝑒𝑠 =36597,6 𝐽

20(60)

𝑞 = 30,49 𝑊

Otro de los factores que intervienen en la carga de refrigeración es la infiltración que ocurre

en la máquina durante varios lapsos del día o a ciertas horas. A pesar que la máquina

dispensadora de medicamentos estará aislada y tendrá un buen sistema de convección interior

forzada. Se necesita establecer una carga de infiltración que se produce por la siguiente

ecuación:

𝑞𝑡 = 𝑞𝐷𝑡𝐷𝑓(1 − 𝐸)

Donde:

𝑞𝑡 = ganancia de calor promedio para 24 horas u otro periodo (W).

𝑞 = carga de refrigeración sensible para un flujo establecido (kW).

Dt = puerta de entrada, factor de tiempo abierto

Df= factor de flujo de entrada

E = efectividad del dispositivo de protección de entrada.

Por lo que esta ganancia de calor se sumará a la carga total que se necesitará para la

máquina. De esta manera el primer factor a analizar es 𝑞, y se calcula con la ecuación (6):

𝑞 = 0,577𝑊𝐻1.5(𝑄𝑠

𝐴)(

1

𝑅𝑠)

37

Donde:

Qs/A = carga de calor sensible de aire de infiltración por metro cuadrado (kW/m2)

W = ancho de la puerta (m)

H= altura (m)

Rs = relación de calor sensible de la ganancia de calor de aire de infiltración.

Para el factor de Qs/A se necesita revisar la figura 26 proporcionado en el manual de

refrigeración (ASHRAE, 2010) como se muestra en la figura:

Figura 26: Pérdida de calor por infiltración de aire (Ashrae, 2010).

38

La máquina se encuentra en un rango de 5ºC y una infiltración de aire a temperatura

ambiente de 25 ºC. Por lo que el calor perdido de sensibilidad es 7,5kW/m2.

Para el factor Rs es necesario observar la tabla proporcionada por el mismo manual. Ésta es

basada en la temperatura refrigerada y las condiciones de humedad, como se muestra en la

tabla 7:

Tabla 5: Proporción de calor sensible por infiltración de puertas.

Con una temperatura de 10ºC y la peor condición de diseño de ambiente exterior se obtiene

un valor de 0,42. De esta manera, ahora si es posible calcular la infiltración total que se

produce en la máquina, con la ecuación anterior:

𝑞 = 0,577(0.4865)(0.7365)1.5(7,5)(1

0,42)

𝑞 = 3.17𝑘𝑊

39

Ahora se determinara el factor Dt como se muestra a continuación:

𝐷𝑡 =(𝑃×𝜃𝑝+60𝜃𝑜)

3600𝜃𝑑

Donde:

P= 1 Cantidad de aberturas puerta

𝜃𝑝 = 20 segundos Tiempo de apertura, cierre de puertas.

𝜃𝑜 = 10 min El tiempo que puerta está abierta.

𝜃𝑑 = 1 h Tiempo diario (u otro).

𝐷𝑡 = 0.08611

El tiempo de apertura 𝜃𝑝, en el manual de refrigeración recomienda que este valor esta entre

15 y 25 segundos donde dura este tramo de apertura de la puerta. Mientras que los otros dos

factores de 𝜃𝑜 y 𝜃𝑑 son proporcionados por el usuario.

El otro factor a considerar en la carga de infiltración es Df, al ser el factor de flujo de entrada

cuando no existe una mayor diferencia de 16 ºC se establece un valor de 0,8. Por otro lado,

si la diferencia de temperatura es mayor es de 1.

De igual manera el factor E, de efectividad del dispositivo de la puerta tiene un alto porcentaje

desde 95% para arriba. Con el paso del tiempo, estos pueden ir desgastándose hasta llegar un

80%. Por lo que de manera inicial se tomara el 95%.

Con los factores correcciones, y volviendo a la ecuación (4) se puede establecer la carga de

infiltración total:

𝑞𝑡 = 1.53 × 0,08611 × 0,8 × (1 − 0,95)

𝑞 = 5.27 𝑊

40

La última carga de refrigeración se lo conoce como carga de transmisión, el cual es la

ganancia de calor sensible a través de paredes, piso y techo de la máquina en estado estable.

Para determinar y calcular se necesita la siguiente ecuación:

𝑞𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 = 𝑈𝐴∆𝑡

Donde:

q= calor ganado (W)

A= área seccional exterior (m2)

∆𝑡 = diferencia de temperatura entre la parte exterior y la interior refrigerada (K).

Para obtener U, el coeficiente global de transferencia de calor de las paredes, piso y techo

se emplea la siguiente ecuación:

𝑈 =1

1

ℎ𝑖+

𝑥

𝑘+

1

ℎ𝑜

Donde:

hi = conductancia superficial interna

ho = conductancia superficial externa

x = espesor de la pared

k = conductividad térmica del material de la pared.

En la tabla se especifica los valores de cada factor de las ecuaciones anteriores para su

respectivo cálculo.

Tabla 6: Factores que intervienen en carga de transmisión.

Carga de transmisión

Temperatura interna 8 °C

Temperatura externa 25 °C

Espesor de poliestireno 50 mm

Conductividad térmica poliestireno 0.025 W/m K

41

Sin embargo, hay que determinar el coeficiente global de transferencia de calor en cada pared

de la máquina para establecer una carga total de refrigeración. En la tabla 9 se especifica los

valores para cada caso y sus respectivos resultados.

Tabla 7: Valores de cálculo para transferencia de calor.

Alto (m) Ancho (m) Largo(m) Área (m2)

Conductancia

superficial

externa (ho)

W/(m2-K)

Techo 0 0.55 0.45 0.245 1,6

Piso 0 0.55 0.45 0.245 1,6

Pared:

izquierda

0.8 0 0.45 0.36 1,6

Derecha 0.8 0 0.45 0.36 1,6

Frontal 0.8 0 0.55 0.44 1,6

Posterior 0.8 0 0.55 0.44 1,6

Ahora se procede a calcular el coeficiente global de transferencia de calor con la ecuación

anterior. En la siguiente tabla se establece los resultados para calcular una carga de

refrigeración total:

Tabla 8: Cálculos para transmisión de calor.

Transmisión de calor

Área (m2) U (W/m2-K) ∆𝑡 (K) Carga (W)

Piso 0.245 0.323 17 1,34

Techo 0.245 0.323 17 1,34

Pared

(izquierda)

0.36 0.323 17 1,97

42

Derecha 0.36 0.323 17 1,97

Frontal 0.44 0.323 17 2.42

Posterior 0.44 0.323 17 2.42

Total 11.46

Como factor final se debe analizar la cantidad de calor que operan tanto los ventiladores y

motores interiores de la máquina dispensadora de medicamentos. En la tabla 11 se analiza la

ganancia de calor para ventiladores comunes:

Tabla 9: Ganancia de calor en ventiladores comunes.

43

Por lo que en la siguiente ecuación se calcula la carga necesitada por los ventiladores:

𝑞𝑓𝑎𝑛 = 𝑛 × 𝑃𝑓𝑎𝑛

De acuerdo a la tabla se obtiene un valor de 𝑃𝑓𝑎𝑛 = 35 W y n es el número de ventiladores

internos, que son 2. Por lo que el valor de la carga ganada es de 70 W.

Finalmente se debe hacer una totalidad de las cargas de refrigeración necesarias y aplicar

un factor de seguridad como se presenta en la tabla:

Tabla 10: Valoración total de cargas de refrigeración.

44

Resumen Carga (W)

Producto (fármacos) 212.3

Volumen interior 65.24

Transmisión 11.46

Infiltración 5.27

Ventiladores y motores 70

Subtotal 317,2

Factor de seguridad 20%

Total 396,5

De esta manera, se puede especificar que se requiere un sistema de capacidad de 400W para

climatizar el interior de la máquina. Dado que los sistemas termoeléctricos que se encuentran

en el mercado pueden alcanzar la temperatura de operación (rango de 8°C a 10ºC) y la carga

de refrigeración, se decide seleccionar este sistema que resulta costo efectivo. Con la carga

total de refrigeración, ahora es posible determinar la cantidad de celdas necesarias para la

máquina dispensadora de medicamentos. Cada celda puede tener una capacidad de

refrigeración de 98,5 W9. Ahora se aplica la siguiente relación:

#𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 =𝑄𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎

𝑄𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎

#𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 =396,5

98,5

#𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎𝑠 = 4

9 Pietrzyk, K. (2016). Thermoelectric module design strategy for solid state refrigeration.

45

Las celdas peltier se caracterizan por crear un flujo de calor entre la unión de dos diferentes

tipos de materiales. El principio de este efecto parte por la aplicación de un voltaje a través

de los conductores de esta placa y en el que se crea una corriente eléctrica. Cuando la

corriente fluye por los dos conductores, el calor es removido de una unión, mientras que el

otro lado lo recibe. Existen diferentes tipos de celdas Peltier, de acuerdo al voltaje, amperaje

y diferencial de temperatura. Por lo que en la figura 27, se especifica un poco más la

denominación que se encuentra en las diferentes placas de especificaciones.

Figura 27: Especificación y denominación estandarizada de las placas Peltier (Hermes,

2014).

A medida que se incremente el voltaje aplicado, existirá un diferencial de temperatura mayor

entre el lado positivo y negativo de la placa.

Existen varias ventajas para este sistema de refrigeración:

Control rápido para el voltaje y amperaje aplicado.

Puede ser aplicado en cualquier volumen de control como los sistemas de

refrigeración convencional.

Largo tiempo de vida de las placas.

No contaminan el ambiente, porque no producen clorofluorocarbonos (CFC).

No requieren un constante mantenimiento.

Este sistema depende del número de celdas Peltier utilizadas y el arreglo en que se disipe el

calor tanto para la parte fría y caliente. Por lo que para mantener un ambiente a una

temperatura de 2ºC a 8ºC, se necesitará conectar 4 celdas en forma de serie de acuerdo a lo

46

arriba calculado. Para que el sistema requerido funcione se debe adquirir los siguientes

elementos:

Celda peltier TEC1- 12710 (6A).

Ventiladores de 12V.

Disipadores de calor.

Adaptadores de corriente

Fuente de poder 12 V, 5A.

Placa de modulación de ancho por pulsos.

En la figura 28 se puede apreciar el conjunto y ensamble de esta placa que se aplicará en

distintas partes de la máquina.

Figura 28: Ensamble módulo Peltier (diseño CAD).

Los disipadores de calor son de aluminio y se deben pegar mediante una pasta térmica que

posee una gran capacidad para conducir calor. Así el calor generado en ambos lados de la

placa se podrá disipar de manera más eficiente.

47

Dentro de un sistema termoeléctrico es importante analizar la trasferencia de calor entre los

distintos medios y fluidos. Para ello se requiere establecer las características principales de

las celdas Peltier como se puede ver en la tabla 13:

Tabla 11: Propiedades del módulo Peltier.10

Propiedades TEC1-12715

Voltaje máximo 17,2 V

Corriente máxima 15 A

Capacidad de enfriamiento 98,5 W

Diferencia de temperatura 70 ºC

Para tener un mejor dimensionamiento del sistema de celdas en la máquina es importante

realizar un modelado térmico en el programa SolidWorks. De esta manera, se podrá evaluar

la parte interna de los flujos de aire y los distintos factores como velocidad, temperaturas y

cargas de refrigeración. En la figura 29 se observa el modelado de esta máquina.

Figura 29: Modelado en Solidworks estructura de la máquina.

10 Pietrzyk, K. (2016). Thermoelectric module design strategy for solid state refrigeration.

48

Posteriormente, se determinó las cargas y velocidades iniciales que tendrán los ventiladores

y se observa el flujo de aire interno. En la figura 30 se observa la temperatura interna del

flujo que varía entre 7.81°C y 11.58°C.

Figura 30: Modelado para rango de temperatura interna.

Es importante definir el flujo de aire y las velocidades que puedan tener para observar el

comportamiento interno que tendrá la máquina. Por lo que en la figura 31 se aprecia el

rango de estas velocidades.

49

Figura 31: Modelado para velocidades de flujo de aire.

Además del sistema térmico, es importante el análisis con el tipo de aislante aplicado en la

máquina. El poliestireno y poliuretano son materiales semejantes que se encuentran en lo alto

de la tabla 14, que son los tipos de aislantes más recomendables para sistemas de

refrigeración.

Tabla 12: Propiedades de aislantes.

Aislantes térmicos Conductividad térmica (W/m K)

Poliuretano 0.023 a 0.026

Poliestireno (expandible) 0.027

Poliestireno (extruido) 0.035

Planchas de corcho 0.043

Vidrio de espuma 0.044

50

No obstante, también hay que tomar en cuenta la disponibilidad en el mercado, y su costo.

En la empresa Verton, se dispone de estos dos aislantes. Por presentación y facilidad de

montaje, se selecciona el poliuretano para ser utilizado en esta aplicación.

De acuerdo al manual de ASHRAE, se recomienda diferentes espesores de poliuretano

expandido para los sistemas de refrigeración. Estos varían de acuerdo a la temperatura interna

de la máquina. Como se muestra en la tabla 15 se observa esta clasificación:

Tabla 13: Espesor de poliestireno expandido

Temperatura de almacenamiento (ºC) Espesor (mm)

10 a 16 50

4 a 10 50

-4 a 4 75

-9 a -4 75

-18 a -9 100

-26 a -18 100

Estos espesores son recomendaciones por parte de la industria de refrigeración de Estados

Unidos, para incrementar la eficiencia del sistema. La temperatura interna de la máquina

dispensadora de medicamentos esta entre las dos primeras clasificaciones por lo que se

implementará un espesor de 50 mm.

Proceso de Manufactura

Ensamble estructura interna y externa

Se fabrica primero las estructuras externa e interna conjuntamente, para luego realizar el

ensamble del sistema térmico. En la figura 29 se puede observar la estructura ya ensamblada

utilizando sujetadores mecánicos (tornillos y pernos).

51

Figura 32: Estructura de máquina dispensadora y rieles reguladoras.

De igual manera, se ensambló la riel de movimiento para las bandejas de racks. Una vez

ensamblada la parte externa, se aplicó pintura esmalte en las rieles y uniones.

Figura 33: Rieles de movimiento y sistema de sujeción.

Luego, se realizó los cortes en los soportes de aluminio que sostendrán el sistema de racks,

al igual que la ranura que permitirá la movilidad de ángulo. En la figura 33 se muestra los

52

cortes realizados y la ranura realizado mediante una fresadora CNC. Mientras que las

perforaciones para los distintos acoples tuvieron una medida de M5 en el taladro de banco.

La siguiente etapa de construcción es el aislamiento térmico y la carcasa de la máquina. El

tipo de panel utilizado es sánduche. El tol interior y exterior es de acero galvanizado de un

espesor de 1,1 mm y en el interior se tiene una plancha de poliuretano expandido de 50 mm

de espesor. Se lo colocó empernado en las columnas de la estructura, como se muestra en la

figura 34.

Figura 34: Poliuretano de 50 mm espesor y estructura principal.

De esta manera, se colocaron en las seis paredes de la máquina, para un buen aislamiento y

sellado. En la parte frontal de la máquina se colocó un vidrio de 6mm de espesor.

Ensamble sistema térmico

Para la implementación del sistema térmico se determinó el número de celdas a utilizar. En

base a esto se obtuvo los disipadores de calor necesarios y sus respectivos ventiladores.

Además, se consideró su respectivo aislamiento térmico para que la eficiencia del sistema

53

pueda aumentar. En la figura 35 se puede apreciar las celdas Peltier conectadas y los

disipadores de calor en la estructura de la máquina.

Figura 35: Celdas Peltier conectadas. Disipadores de calor en la estructura.

Este sistema estará conectado y se controlará utilizando un sensor de temperatura y

termocupla. En la figura 36 se puede apreciar el dispositivo aplicado:

Figura 36: sensor de temperatura y termocupla.

El sistema térmico junto con la estructura de la máquina ensamblada se puede observar en

la figura 37.

54

Figura 37: Ensamble de la máquina.

55

RESULTADOS

La máquina dispensadora de medicamentos inteligente se ha logrado optimizar en varias

áreas: el sistema de almacenamiento, el aumento de funcionalidad del brazo mecánico y la

implementación de un sistema térmico. Para efecto de realizar un análisis adecuado, es

importante estipular las características y propiedades de misma:

Tabla 14: Características de la máquina dispensadora de medicamentos actual

Características de la máquina

Dimensiones 800 x 550 x 400 mm

Capacidad máxima de almacenamiento 60 medicamentos

Peso máximo de medicamentos 5,24 kg

Peso máximo de estructura 23,4 kg

Dentro de la optimización de esta máquina dispensadora de medicamentos es importante

establecer relaciones con el prototipo anterior ya desarrollado. Este primer prototipo fue

desarrollado con aluminio tanto para la parte exterior e interior. Mientras que para esta

optimización se logró cambiar el sistema de estanterías interno a plástico PVC y en el

externo a acero inoxidable de acuerdo a la solicitud de los potenciales clientes (de rebajar

costos y peso). En la siguiente tabla se puede apreciar una comparación en peso y costos.

Tabla 15: Comparación entre PVC y aluminio.

Densidad (kg/m3) Costo unitario* Reducción en peso

Rango de temperatura de trabajo

PVC flexible (racks)

1240 $ 3.45 45,92 % -15°C a 60 °C

Aluminio 6061 2698,4 $ 7.02 -120°C a 90°C PVC rígido (tubo cuadrado)

1420 $ 8.73 45,74 % -15°C a 60 °C

De igual manera se pudo mejorar la parte exterior o el sistema de soportes principal de la

máquina, ya que en el primer prototipo fue desarrollado con aluminio. Mientras que en la

actual se logró realizar con acero galvanizado. Este material tiene un recubrimiento que le

56

otorga una buena presentación para los medicamentos requeridos. En la siguiente tabla, se

compara los materiales aplicados entre el prototipo anterior y el actual.

Tabla 16: Propiedades del acero galvanizado y aluminio 6061.

Densidad (kg/m3) Costo unitario Esfuerzo de Fluencia

Acero galvanizado 7850 $ 3.42 230 MPa

Aluminio 6061 2698,4 $ 1.67 55 MPa

A pesar de que el acero galvanizado tiene una mayor densidad, las propiedades como el

esfuerzo de fluencia lo hace un material más rígido y que pueda soportar mayores cargas para

las bandejas de medicamentos con un menor espesor. De manera similar, el costo se abarata

y se lo puede conseguir localmente.

Funcionamiento sistema térmico

De igual manera es importante presentar las características y propiedades del sistema

térmico empleado en la máquina. Es importante señalar las condiciones operacionales que

se empleó para su diseño y así calcular la eficiencia total. En la tabla 20 se puede apreciar

las condiciones y propiedades.

Tabla 17: Condiciones del sistema térmico.

Condiciones operacionales

Corriente (I) 5 A

Voltaje 12 V

Temperatura placa caliente (Th) 343 K

Temperatura placa fría (Tc) 282.9 K

Diámetro de ventiladores 0.09 m

Área de disipadores de calor 0.0045 m2

Es importante analizar la parte superior de la máquina, donde se instalarán las celdas peltier,

junto con los disipadores de calor y sus respectivos ventiladores.

Por lo que ahora es importante analizar el flujo de aire que se obtendrá del ventilador, con un

diámetro de 0.09m.

𝐴𝑎𝑠𝑝𝑎𝑠 =𝜋 𝐷𝑎𝑠𝑝𝑎𝑠

2

4

57

𝐴𝑎𝑠𝑝𝑎𝑠 = 0.006362𝑚2

El ventilador tiene una velocidad de giro de 2300 rpm y de esta manera se puede calcular la

velocidad del motor.

𝑣𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 0.1047𝑣𝑔𝑖𝑟𝑜

𝐷𝑎𝑠𝑝𝑎𝑠

2

𝑣𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 10.83 𝑚/𝑠

La potencia necesaria del ventilador se obtuvo del catálogo, para determinar la fuerza neta

aplicada:

𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 4.11 𝑊.

𝐹𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

𝑣𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

𝐹𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 0.38 𝑁

Una vez determinada esta fuerza se procede a calcular la velocidad del aire que se emplea:

𝑣𝑎𝑖𝑟𝑒 = √𝐹𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

12 𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝐴𝑎𝑠𝑝𝑎𝑠

𝑣𝑎𝑖𝑟𝑒 = 9.96𝑚/𝑠

Sin embargo, ahora es importante determinar otras propiedades como el número de Reynolds,

la ecuación de Nusselt y el coeficiente de convección de aire. Por lo que las características

del aire se presentan en la tabla 21:

Tabla 18: Propiedades del Aire a 20°C

Propiedades del aire a 20 ºC

Densidad (𝝆𝒂𝒊𝒓𝒆) 1.204 kg/m3

Viscosidad (𝝁𝒂𝒊𝒓𝒆) 1.825 x 10-5 kg/m-s

Calor especifico (𝒄𝒑𝒂𝒊𝒓𝒆) 1.0041 kJ/kg-K

Conductividad térmica (𝒌𝒂𝒊𝒓𝒆) 0.02514 W/m-K

Prandtl (𝑷𝒓𝒂𝒊𝒓𝒆) 0.7294

El número de Reynolds se obtiene:

𝑅𝑒𝑎𝑖𝑟𝑒 =𝜌𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝑣𝑎𝑖𝑟𝑒 ∗ 𝐷𝑎𝑖𝑠𝑝𝑎𝑠

𝜇𝑎𝑖𝑟𝑒

58

𝑅𝑒𝑎𝑖𝑟𝑒 = 68341

Ecuación de número de Nusselt:

𝑁𝑢𝑎𝑖𝑟𝑒 = 0.3 + 0.62 𝑅𝑒𝑎𝑖𝑟𝑒0.5 𝑃𝑟𝑎𝑖𝑟𝑒

1/3

[1 + (0.4

𝑃𝑟𝑎𝑖𝑟𝑒)2/3]0.25

[1 + (𝑅𝑒𝑎𝑖𝑟𝑒

282000)5/8]4/5

𝑁𝑢𝑎𝑖𝑟𝑒 = 190.7

Coeficiente de convección de aire:

ℎ𝑎𝑖𝑟𝑒 = 𝑁𝑢𝑎𝑖𝑟𝑒

𝑘𝑎𝑖𝑟𝑒

𝐷𝑒𝑥𝑡

ℎ𝑎𝑖𝑟𝑒 = 37.4 𝑊/𝑚2𝐾

Por lo que ahora se establece la ecuación del circuito para despejar el coeficiente global de

transferencia de calor (U):

1

𝑈=

1

ℎ1+

𝐿𝐴

𝑘𝐴+

1

ℎ2

𝑈 = 3.93 𝑊/𝑚2 𝐾

𝑄 = 𝑈𝐴𝑑𝑖𝑠𝑖𝑝𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟∆𝑡

Q = 34,95 W

Este valor corresponde por cada celda aplicada y se debe calcular para las 4. Una vez

determinada se puede aplicar para la obtención del COP.

𝐶𝑂𝑃 =𝑄𝑐

𝑊𝑖𝑛= 2,33

De esta manera es posible tener las propiedades del sistema térmico en la máquina

dispensadora de medicamentos. Por lo que en la tabla 22 se muestran los resultados del

sistema termoeléctrico.

59

Tabla 19: Resultados experimentales del sistema térmico

Sistema térmico

Temperatura máxima 25 ºC

Temperatura mínima 9,01 ºC

COP 2,33

La temperatura se obtuvo mediante la termocupla aplicada internamente. En la figura 38 se

observa la medición de temperaturas.

Figura 38: Medición de temperaturas de la máquina dispensadora.

Para evaluar esta máquina es importante determinar el costo de cada una de las partes que la

componen y su funcionamiento. Estos costos pueden variar dependiendo de la mano de obra

y ensamblaje que se aplique. Si esta máquina se empezara a producir en masa en una línea

de producción se puede reducir el costo de producción, así como el precio por unidad.

Costos

La construcción de la estructura principal e interna de la máquina se desarrolló con diferentes

partes de plástico PVC, acero galvanizado y aluminio. Se analizó diferentes proveedores para

tener un costo bajo y pueda ser implementado en otras máquinas similares. Por lo que en las

tablas a continuación se podrá observar este detalle:

Tabla 20: Costo de estructura interna

60

Producto Cantidad Proveedor Valor Unitario Total

Perfiles PVC 2 Maconsa $20.00 $40.00

Travesaños

(tubos PVC)

2 Kywi $6.34 $12.68

Pernos 25 Casa del perno $0.08 $2.00

Soportes

estanterías

1 Cedal $23.39 $23.39

Tuercas de

seguridad

25 Casa del perno $0.05 $1.25

Total $79.32

Tabla 21: Costo de estructura externa


Tubo

cuadrados

galvanizado (1

pulgada)

2 Proviaceros $14.95 $14.95

Tol de acero

galvanizado

1 Proviaceros $26.78 $26.78

Pernos M5 20 Casa del perno $0.02 $0.40

Rieles / Regleta 8 Kywi $2.65 $15.90

Vidrio

laminado

1 Cedal $11.54 $11.54

Total $69.17

Tabla 22: Costo del sistema térmico.


Celdas Peltier 4 Amazon $12.25 $49.00

61

Poliestireno 2 Verton $13.00 $26.00

Disipadores de

calor

4 Megatronica $5.00 $20.00

Sensor de

temperatura

1 APM $15.00 $15.00

Fuente de

poder

1 Computron $20.00 $20.00

Total $115.00

Tabla 23: Costo total de la máquina dispensadora de medicamentos

Presupuesto

Estanterías medicina $79.32

Estructura principal $69.17

Sistema térmico $115.00

Mecanismo de movimiento $258.60

Total $522.08

62

DISCUSIÓN

Después de un análisis profundo y minucioso, se ha logrado optimizar esta máquina,

reduciendo el costo y peso de la misma, incluyendo un sistema de climatización para los

medicamentos almacenados. Se ha aumentado la versatilidad de almacenamiento a través de

inclinación variable de estanterías en un rango de 30° hasta 22.8° (en pasos de 3.8°). Si bien

la inclinación de las estanterías de medicamentos se calculó dependiendo del peso y

coeficiente de fricción entre las superficies. Estas pueden variar con el desgaste del PVC de

las estanterías y puede que se necesite menor inclinación dependiendo del peso del

medicamento con el tiempo.

El sistema de sujeción de perno y horquilla, es el adecuado para mover la inclinación de las

estanterías con facilidad y agilidad. No se necesitará estar destornillando o ajustando, ya que

la horquilla es segura y se adecúa al sistema de la estructura principal.

La simulación de cargas y fuerzas en la estructura principal fue fundamental para tener una

seguridad y estabilidad en las estanterías y el producto. El peso de las estanterías y perfiles

de plástico PVC es bajo lo que facilitó tener un factor de seguridad alto para la estructura.

El mecanismo de movimiento del brazo mecánico se adecuó y aumentó la funcionalidad para

alcanzar una mayor velocidad y rapidez. Si bien se tenía la posibilidad de trabajar sólo con

dos motores para el eje Y, se debió readecuar el espacio para tener la posibilidad de colocar

un tercero. Además se tuvo que aplicar una doble banda para sujetar a los motores con el eje

para que el actuador sea el encargado de moverse a mayor velocidad en menor tiempo y tener

una entrega eficiente.

El sistema de refrigeración consistió en tres etapas fundamentales: el análisis de la carga de

refrigeración necesaria, la implementación del sistema termoeléctrico y la evaluación o

pruebas. Las cuatro celdas Peltier fueron necesarias para mantener la refrigeración de la

máquina en un rango de 9.01ºC a 10 °C. Los disipadores de calor juegan un papel

fundamental al tener que captar la mayor cantidad de carga de refrigeración para ser disipada

internamente. De igual manera, los ventiladores ayudan a aumentar la eficiencia de este

sistema.

63

CONCLUSIONES

La máquina dispensadora de medicamentos fue optimizada con reducción de peso y

costo; mientras que se aumentó la capacidad y versatilidad de almacenamiento.

La estructura externa principal de la máquina se construyó con las dimensiones

solicitadas de: 800 x 550 x 400 mm.

En la parte interna se logró colocar rieles de movimiento capaces de variar la altura

de los racks y su ángulo de inclinación, dándole versatilidad, mayor funcionalidad y

capacidad de almacenamiento. De igual manera, estos racks son movibles con gran

facilidad, ya que son livianos y resistentes.

Se logró mejorar la funcionalidad del brazo mecánico, al aplicar diferentes motores

paso a paso, alcanzando una mayor velocidad. De esta manera, se requirió mejorar el

sistema de bandas para darle mayor versatilidad al proceso de entrega.

Se implementó un sistema de refrigeración termoeléctrico para los medicamentos

termolábiles (que trabaja correctamente y es de bajo costo) que evita que pierdan la

cadena de frío.

El sistema termoeléctrico se seleccionó en base a las cargas de refrigeración que se

presentan en la máquina como: fármacos, la estructura y bandejas de medicamentos.

Asimismo, se evaluó otros factores que afectan a la carga de refrigeración como:

infiltración, y trasmisión de motores y ventiladores. Dando como resultado una carga

de 396,5 W y aplicándose 4 celdas Peltier de 98.5 W con un COP de 2,33.

64

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http://www.leroymerlin.es/ideas-y-consejos/comoHacerlo/tipos-de-

http://www.nortebagua.com/pdf/pvc.pdf

1 2 3 4 56 7 8

1 23

4

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

Edi-

ción

Modifi-

cación

Fecha

Nombre

Tolerancia

General

FechaNombre

Dib.

Rev.

Apro.

Departamento de


Ensamble Máquina

dispensadora de medicamentos

Escala

08/11/2017

OFB 2017-000Número del Dibujo:

1:10

±1

08/11/2017

08/11/2017

Dennis Llangari

Michel Vargas

Michel Vargas

Cantidad

Denominación

No.

de

orden

Número de norma o

dibujo

Observaciones

23 4

5

1

2

3

4

Sistema almacenamiento fármacos

Pared superior e inferior

Disipadores de calor

Paredes laterales

OFB - 004

OFB - 003

OFB - 002

OFB - 001

Material: Acero galvanizado

Material: Aluminio 6061


1

Puerta delantera5

OFB - 005


6

Vidrio puerta delantera

OFB - 006

1

2

4

2

1

1

3

6

5

4

2

1

Dimensiones:

• Altura: 800 mm

• Ancho: 550 mm

• Profundidad: 400 mm

1 2 3 4 56 7 8

1 23

4

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

Edi-

ción

Modifi-

cación

Fecha

Nombre

Tolerancias

FechaNombre

Dib.

Rev.

Apro.

Departamento de


Sistema de almacenamiento

Escala

15/10/2017


1:10

±1

04/12/2017

04/12/2017

Dennis Llangari

Michel Vargas

Michel Vargas

Cantidad

Denominación

No.

de

orden

Número de norma o

dibujo

Observaciones

23 4

5

1

2

3

4

Columna ancho

Columna profundidad

Columna vertical

Riel Perforada

001 - 010

001 - 009

001 - 008

001 - 007

Acero Galvanizado

Acero Galvanizado

Acero Galvanizado

Acero Galvanizado

1

Módulos estanterias

5

001 - 011

6

Tornillo cabeza plana

ANSI B18.6.4

4

4

4

4

4

16M4 x 5/8

7 2

Ensamble movimiento horizontal

001 - 012

8 2 Eje para mecanismo horizontalDiametro 1 pulgada Acero inoxidable

5

3

1

2

4

6

7

8

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Paredes superior e inferior

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 002

1:5

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Tol de acero galvanizado

CARRERA DE

INGENIERÍA MECÁNICA

USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

610

550 1

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Paredes laterales

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 004

1:5

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D


CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

610

800

1

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Marco puerta delantera

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 005

1:5

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D


CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

550

800

490

740

1

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Vidrio puerta delantera

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 006

1:5

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Vidrio normal 6 lineas de espesor

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N6

494

744

100

100

R

1

5

6

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Columna ancho estructura

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 007

1:3

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Tubo cuadrado acero galvanizado 1 pulgada

(1.5mm espesor)

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

550

4

5

°

4

5

°

25,4

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Columna profundidad

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 008

1:3

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D


(1.5mm espesor)

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

400

25,4

25,4

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Columna vertical

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 009

1:3

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D


(1.5mm espesor)

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

25,4

800

25,4

4

5

°4

5

°

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Riel perforada

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 010

1:2

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Acero galvanizado

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

749,20,1

14

20

30

2

10

Nota: - Todos los agujeros

son pasantes 4,5 mm

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

Edi-

ción

Modifi-

cación

Fecha

Nombre

Tolerancia

General

FechaNombre

Dib.

Rev.

Apro.

Firma/Empresa

Material

Bandeja de racks

medicamentos

Escala

17/03/2017

OFB 2017-011

1:10

±1

18/10/2017

18/10/2017

Dennis Llangari

Michel Vargas

Michel Vargas

Ver lista de materiales

USFQ

ISO B.16.5

011 - 14


011 - 15

Material: PVC

011 - 16

Material: PVC


011 - 13

M5x1/2 plg

Soporte estanteria derecha

Soporte estanteria izquierda

Perfil Rack

Travesaño PVC

Tornillo de cabeza plana

5

3

2

4

1

Observaciones

Número de norma o

dibujo

Denominación

No.

de

orden

Cantidad

1

1

2

6

4

21

3

4

5

1 2 3 4 56 7 8

1 23

4

A

B

C

D

E

F

A

B

C

Edi-

ción

Modifi-

cación

Fecha

Nombre

Tolerancia

General

FechaNombre

Dib.

Rev.

Apro.

Firma/Empresa

Departamento de


Ensamble mecanismo eje X

Escala

15/10/2017


1:1

±1

19/10/2017

19/10/2017

Dennis Llangari

Michel Vargas

Michel Vargas

Cantidad

Denominación

No.

de

orden

Número de norma o

dibujo

Observaciones

1

2

3

4

Ensamble polea eje X

Placa estructura mecansimo eje X

Separador mecanismo eje X

Separador de poleas

012 - 020

012 - 019

012 - 018

012 - 017

Aluminio 6063

Eje bronce fosfórico

USFQ

Separador ajuste mecanismo eje X5

012 - 021


6

7

8

Tornillo cabeza cilíndrica

Rodelas para pernos hexagonales

Tuercas hexagonales

DIN 912

DIN 126 -5.5

ISO 10511 - M5

5

2

2

2

4

3

15

5

9

10

1

2

Soporte motor eje X

Tornillo cabeza cilíndrica

M5 x 50

M5 x 60

012 - 022

DIN 6912

1 2

4

8

10

9

5

7

6

Detalle: A (1:2)

B

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Soporte estanteria izquierda

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 013

1:2

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Ángulo de aluminio 6063

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

428

14,6

0,1

14,6

0,1

15,5

0,1

15,5

0,1

4

8

°

4

8

°

10

304

13,50,1

10

40

18


perforados son pasantes Ø4.5 ±0.1

- Ranuras son fresadas con

fresa Ø3mm

Detalle: B (1:2)

A

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Soporte estanteria derecha

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 014

1:2

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Ángulo de aluminio 6063

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

428

370

70

14,6

0,1

20

14,6

0,1

1

2

23,8

0,1

15,5

0,1

10

1

3

8

°

40 18

13,50,1

N7



- Ranuras son fresadas con

fresa Ø3mm

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Travesaño PVC

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 015

1:2

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Tubo cuadrado de PVC (31mmx31mm)

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

501

1,5

14,50,1

16

16

14,50,1

4

4

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Rack PVC

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 016

1:1

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Ángulos de PVC flexible

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

394

29

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

Edi-

ción

Modifi-

cación

Fecha

Nombre

Tolerancia

General

FechaNombre

Dib.

Rev.

Apro.

Firma/Empresa

Departamento de


Ensamble polea eje X

Escala

15/10/2017

OFB 2017-017

1:1

±1

18/10/2017

18/10/2017

Dennis Llangari

Michel Vargas

Michel Vargas

USFQ

017 - 020


SKF 2Z625-2Z

Eje duralon

017 - 023

Separador de poleas

Polea movimiento horizontal

Rodamientos

3

2

1

Observaciones

Número de norma o

dibujo

Denominación

No.

de

orden

Cantidad

1

1

2

1

2

3

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Soporte movimiento

horizontal

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 018

1:1

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Placa de aluminio 6063 (6mm espesor)

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

100

65

10

15

30

69

25

35

31

55

50

2

10

8

15

13

15

13

10

28



- Ranura es fresada con

fresa Ø3mm

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Separador mecanismo

Escala

17/03/2017

OFB 2017 - 019

1:2

±1

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Michel Vargas Ph.D


CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

30 8

5

N7

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Separador de poleas

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 020

1:2

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D


CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

5

3

15

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Separador ajuste mecanismo

eje X

Escala

17/03/2017

OFB 2017 - 021

1:2

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D


CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

5

8,5 0,15

N7

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Soporte motor eje X

Escala

17/03/2017

OFB 2017 - 022

1:2

±1

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Michel Vargas Ph.D

Aluminio 6063

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

36

10

10

18

6

6

5

M

3

x

0

.

5

-

6

H

M

4

x

0

.

7

-

6

H

5

N7

12 3 4

1

A

B

C

D

A

B

C

TOL. GRAL.

FECHA

DIB.

DIS.

REV.

MATERIAL:

Polea movimiento horizontal

Escala

17/10/2017

OFB 2017 - 023

1:1

±1

Dennis Llangari

Dennis Llangari

Michel Vargas Ph.D

Eje de duralon

CARRERA DE


USFQ

TRAT. TÉRMICO

RECUBRIMIENTO

N7

20

R

6

,

5

2

5

16

J

7

12

5

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